專利名稱：用于密封縫隙的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于流體流動機械尤其是汽輪機的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用來密封可運動元件和靜止元件之間的縫隙，該結(jié)構(gòu)在縫隙側(cè)面的表面上承載有接觸層(grazing layer)。
背景技術：
在操縱和處理流動的液體和/或氣體介質(zhì)的機械中，可運動元件和靜止元件之間的縫隙通常需要相對于流動介質(zhì)密封。在容納蒸汽的渦輪機中尤其需要應用這種密封，在渦輪機中，轉(zhuǎn)子和圍繞轉(zhuǎn)子的殼體之間的縫隙被密封，從而阻塞蒸汽穿過葉片環(huán)的通路。這些密封的質(zhì)量對這些機械的效率有很大的影響，尤其在汽輪機的情況中。
為了達到了這個目的，在汽輪機的結(jié)構(gòu)中應用一個挨一個的軸向布置的密封條，這也被稱作迷宮式密封。這些密封特征在于密封條相對于流體橫向布置并事實上完全封閉通常只有幾毫米寬的縫隙。在這種情況下，可以接受的是密封條有時會在瞬時過程中擦過與它們相對的元件并同時使自身受到輕微磨損。在汽輪機機構(gòu)中，這樣的密封用在葉片處，同時也用作活塞和軸的密封。
與這些密封具有相同效果的特殊形式的密封是蜂窩密封。這種密封通常在與殼體固定的一側(cè)上并具有再現(xiàn)蜂窩的結(jié)構(gòu)，在其開放的表面上，由蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成的腔室內(nèi)的多個小旋渦來防止流體的泄露。
美國專利4177004號也已經(jīng)公開了一種渦輪機，其中，渦輪機葉片和在周長方向上封閉該葉片并懸掛在殼體上的葉片環(huán)之間的縫隙被密封。該結(jié)構(gòu)以如下方式設計，即渦輪機葉片自身偶爾擦過封閉葉片的環(huán)。為了避免在這種情況下可能發(fā)生的損害，葉片環(huán)涂覆有不會對渦輪機葉片造成磨損的材料。
但是，在已知的迷宮式密封和根據(jù)美國專利4177004的結(jié)構(gòu)中，彼此相對運動的元件的表面極少發(fā)生接觸，因為所涉及到的元件彼此處于很大的間距，以至于僅在極端瞬間狀態(tài)下才會發(fā)生接觸。另一方面，除去元件之間偶爾發(fā)生的接觸瞬間，上述密封的結(jié)果是存在一個縫隙，一部分工作介質(zhì)在未加以利用的情況下流過渦輪機葉片，這一部分工作介質(zhì)不應該被忽視。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明的目的是進一步減少流經(jīng)渦輪機葉片而沒有被利用的工作介質(zhì)(如蒸汽)的量，同時不需要特殊的裝置并且不損害工作的可靠性。
對于開始提及類型的結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明，上述目標得以實現(xiàn)，在于在縫隙區(qū)域內(nèi)，在待密封縫隙側(cè)面的元件帶有接觸層，該接觸層設計成多孔的涂層，該涂層至少可以部分地被與其相對的元件磨損。通過結(jié)合使用多孔接觸層和與其相對的密封條，可以將迷宮密封和蜂窩密封的有利特性結(jié)合在一起。由于密封條有可能毫無風險地穿入與其相對的涂層，密封結(jié)構(gòu)的效果提高到另人吃驚的程度。結(jié)果，通過極簡單和有效的方法便顯著地提高密封能力。另一個優(yōu)點在于通過增大涂層的柔性，額外地伴隨有抗熱沖擊能力，抗熱沖擊能力通過多孔性而得以提高，并隨著空腔比例的增加而增大。
本發(fā)明優(yōu)選的結(jié)構(gòu)在于以下事實相對涂層的表面有至少一個平行于可運行元件的運動方向布置的密封唇，該密封唇封閉縫隙，像刀刃一樣伸出并由密封條構(gòu)成，該密封條在元件運動過程中輕微穿入涂層并在該過程中部分磨損涂層，并在于涂層的厚度等于由其作為側(cè)面的縫隙的寬度的0.5到0.1倍。
根據(jù)本發(fā)明的有利地改進，涂層通過與粘合劑一同噴射而形成，涂層由泡沫狀的材料，優(yōu)選地為金屬材料制成。作為其替換方案，涂層包括礦物成分和金屬成分的混合物和/或可氣化或可蒸發(fā)的成分。
根據(jù)涂層的另一種成份，其包括顆粒材料成分，至少部分將這種成分從涂層中除去后，后者的表面上具有凹陷。
不考慮本發(fā)明相應的特定實施例，涂層優(yōu)選地布置于縫隙側(cè)面的靜止元件上。有時也可以將縫隙的兩側(cè)都配裝密封條，并為縫隙的兩側(cè)，即靜止元件的一側(cè)和可運動元件的一側(cè)都提供涂層和密封唇。
在縫隙側(cè)面的表面上實現(xiàn)本發(fā)明的另一種方法在于在其一側(cè)或兩側(cè)沿徑向以類似階梯的形式配置這些表面。
在各種情況下，為了避免密封條穿入相對的涂層時的損害，密封條在其自由端變窄，優(yōu)選地變小0.2到0.5mm。
根據(jù)本發(fā)明的特征的組合可以被不加限制地使用，在保證工作可靠性的同時獲取最佳的縫隙密封。


以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細描述。其中圖1以放大比例示出通過與層相接合的根據(jù)本發(fā)明的密封條的剖面圖；圖2、圖3和圖4示出帶有殼和軸之間的縫隙的結(jié)構(gòu)；圖5示出帶有導向葉片環(huán)和軸之間的縫隙的結(jié)構(gòu)；圖6示出帶有殼體和運動葉片環(huán)之間的縫隙的結(jié)構(gòu)；具體實施方式
所有圖中，彼此相同的部件設置有相同的附圖標記。
在圖1中，汽輪機(未詳細示出)的元件1和元件2形成幾毫米寬的縫隙，該縫隙相對蒸汽流密封。元件1優(yōu)選地為在運行狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子部件，并具有用來容納作為密封唇的密封條4的凹槽4，密封條5的截面形狀是“L”形并將其截面上較短的腿放置在凹槽4的底部上。密封條5由一個或多個在圓周方向上彼此互補的部分構(gòu)成，以形成一個環(huán)形，并通過嵌條(calking wire)6固定在凹槽4內(nèi)。
在縫隙3的另一側(cè)的相對于元件1的元件2在運行過程中優(yōu)選地是靜止的，并具有一個設計成接觸層7的涂層。涂層的厚度是縫隙3的寬度的0.5到0.1倍，由多孔或泡沫材料制成，例如，泡沫金屬或礦物成分和金屬成分的混合物以及/或者包括可氣化或可蒸汽化的成分。
根據(jù)另一個可能的實施例，涂層由包括可從涂層表面去除的顆粒成分的混合物構(gòu)成，這樣，其表面由多個彼此毗鄰的凹陷形成。
用于涂層的所有這些實施例最優(yōu)選地是與粘合劑一同施加到承載它的元件1和/或元件2上，最優(yōu)選地方法通常是將涂層噴射于其上。
截面為“L”形的密封條5面向涂層的腿8擦過涂層，并在其輕微插入涂層的一端變窄。結(jié)果，在密封條5擦過或穿入涂層的過程中的能量需求被限制到一個非常低的值。在其變窄區(qū)域內(nèi)，密封條5的厚度大約是0.2mm并大約與形成在密封條5和由涂層所代表的接觸層7之間形成且蒸汽泄流10從其流過的通路9的寬度為一個數(shù)量級。
在這種情況下，對通路9中泄流10的流動阻力不僅僅由其長度和截面簡單決定，而且被涂層表面的不均勻度顯著增大。這是由以下事實實現(xiàn)的即使是在很短的通路9內(nèi)并且其截面相對較窄，在該區(qū)域的泄流內(nèi)部強制形成了許多小的和非常小的旋渦。這尤其是涂層用作接觸層7的根據(jù)本發(fā)明的實施例帶來的結(jié)果。
在縫隙3的起始端和末端之間的壓力差較大時，在該縫隙3內(nèi)的多個密封條5和通路9一個連在另一個的后面，這樣，每一個單獨通路9會得到足夠多的小且可靠控制的壓力降低。圖2到圖6示出了用以解釋其的實施例。
圖2到圖4示出了用于密封渦輪殼體(未詳細示出)的靜止元件2和作為旋轉(zhuǎn)并從而運動的元件1的渦輪機軸之間的縫隙3的各種解決方案。此處，在這三個實施例中，殼體側(cè)靜止元件2設置有作為接觸層7的涂層。根據(jù)圖4中的示例，作為運動件1的軸的運動表面也帶有涂層。
在根據(jù)圖3的解決方案中，密封條5單獨固定在作為運動元件1的軸內(nèi)，這些密封條5輕微穿入相對的接觸層7中。在該實施例中，由于形成在密封條5和接觸層7之間的通路9在一條直線上一個位于另一個之后，這種結(jié)構(gòu)也被稱作透明(see-through)密封。
根據(jù)圖2和圖4的結(jié)構(gòu)，在元件1和元件2內(nèi)具有密封條5，這些密封條5中的每一個在兩個毗鄰的元件1和元件2之間的縫隙內(nèi)沿各自相對元件1或元件2的方向延伸。但是，由于在根據(jù)如圖2所示的方案中只有元件2設置有接觸層7，僅僅在相對元件1內(nèi)的密封條5能取得根據(jù)本發(fā)明的效果。另一方面，在根據(jù)圖4的解決方案中，縫隙3兩側(cè)的密封條中的每一個與作為接觸層7的多孔涂層相互作用。
圖5示出了作為運動件1的渦輪機軸和套筒(shroud band)11之間的密封，該套筒11支撐導向葉片12的端部。在這種情況下，套筒11面向縫隙3的一側(cè)設計成臺階狀，并在其平行于軸取向的剖面上帶有作為接觸層7的涂層。至少一個密封條5相對于套筒11的每個臺階，套筒11由在渦輪機軸圓周方向上形成一個完整的環(huán)形的各部分構(gòu)成。
圖6示出了作為靜止元件2的殼體和套筒13之間的密封，套筒13與運動葉片14彼此抵靠并支撐運動葉片14的端部。套筒13面向元件2的一側(cè)設計臺階狀，每個軸向平行的臺階面設置有作為接觸層7的涂層。密封條5仍然與每個接觸層7相對。套筒13也由彼此互補而形成一個完整環(huán)形的各部分構(gòu)成。
所有的接觸層7與它們相對的密封條5以圖1中描述的方式互相作用。
盡管根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造并作為接觸層7的涂層特別適于用在汽輪機中，但它們也可以以同樣的方式應用在所有其他的流體流動機械中。
權利要求
1.一種用于流體流動機械、尤其是渦輪機的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于密封可運動元件(1)和靜止元件(2)之間的縫隙(3)，在運動元件和靜止元件之一的為縫隙(3)側(cè)面的表面上帶有接觸層(7)，其特征在于，接觸層(7)設計成多孔的涂層，其可以由相對的元件(1，2)磨損。
2.如權利要求1所述的布局配置，其特征在于，相對涂層的表面具有至少一個密封唇，該密封唇平行于可運動元件(1)的方向布置，封閉縫隙(3)，像刀刃一樣伸出并由密封條(5)構(gòu)成，該密封條在元件(1)運動過程中輕微穿入涂層并在該過程中部分磨損涂層。
3.如權利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層的厚度等于由其作為側(cè)面的縫隙(3)的寬度的0.5到0.1倍。
4.如權利要求1到3中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層和粘合劑一同施加。
5.如權利要求1到4中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層是噴射形成的。
6.如權利要求1到5中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層是由泡沫狀材料、優(yōu)選地是金屬材料制成的。
7.如權利要求1到6中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層包括礦物和金屬成分的混合物。
8.如權利要求1到7中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層包括可氣化或可蒸汽化的成分。
9.如權利要求1到8中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層包括顆粒成分，在至少部分去除該成分后，涂層的表面上具有凹陷。
10.如權利要求1到9中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，涂層由靜止元件(2)的表面承載，該表面為縫隙(3)的側(cè)面。
11.如權利要求1到10中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，為縫隙(3)側(cè)面的兩個表面都帶有涂層并且每個表面至少配裝有一個密封條(5)。
12.如權利要求1到11中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，用作涂層基底的表面包括彼此偏離一個臺階的分段面。
13.如權利要求1到12中的任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，密封條(5)在其與涂層相互作用的端部變窄，優(yōu)選地變小0.2到0.5mm。
全文摘要
在流體機械中，可運動(1)構(gòu)件和靜止(2)構(gòu)件之間頻繁出現(xiàn)的縫隙要加以密封。經(jīng)常使用所謂的迷宮密封，由此，密封條(5)摩擦過相對的構(gòu)件。本發(fā)明的目的是提供一種改善的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這個目標，摩擦層(7)配置成多孔的涂層，該涂層可以與相對的構(gòu)件(1、2)分離。本發(fā)明系統(tǒng)實質(zhì)上可以在任何流體機械中得到良好應用。
文檔編號F16J15/447GK1427921SQ01808864
公開日2003年7月2日 申請日期2001年4月23日 優(yōu)先權日2000年5月4日
發(fā)明者卡伊·維格哈特 申請人:西門子公司